JP2000245080A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＯＡ機器、ＡＶ機器に使用されるブラシレス
モータにおいて、低振動、低騒音、低消費電流を実現す
ることを目的とする。 【解決手段】 複数個の磁極をもち、ロータを回転させ
るロータマグネット２とロータマグネット２と円周方向
に相対位置に配置され、複数個の凸極をもち、巻線が巻
装されているステータコア１を有し、ステータコア１の
ティース巾ｔ１を１．７ｍｍ以上２．２ｍｍ以下とし
た。または、ステータコア１のティース巾ｔ１に対する
ステータコア１の外径Ｄ１の比を８以上１２以下として
ブラシレスモータを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
の少なくとも１枚以上の磁気ディスクを装着し、回転駆
動させる磁気ディスク装置用のブラシレスモータ、さら
には、トルクリップル、コギング、そして鉄損を小さく
するとともにトルク定数の良いモータ特性を得るブラシ
レスモータに係るもので、詳しくは、ステータコアの形
状構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＯＡ機器、ＡＶ機器にブラシ
レスモータは良く使用されている。しかし、近年レーザ
ー複写機のポリゴンスキャナーモータや磁気ディスクの
スピンドルモータは高回転化へ進んでいる。ポリゴンス
キャナーモータにおいては、２００００ｒｐｍを越え、
磁気ディスク用のスピンドルモータはメモリー容量の増
加、転送速度の高速化のため高速、高回転が必要とな
り、近年１２０００ｒｐｍが普通になってきている。高
回転化が進み、コイル通電に伴う振動、コギングによる
振動が増幅され振動にまつわる問題が発生してきてい
る。また、騒音に関しても高回転により、モータアンバ
ランス等による加振源が増加し、問題になってきてい
る。さらに損失が増加し、消費電力が増加傾向にある。
消費電流は風損、軸損、鉄損等の損失で支配されてお
り、特に鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分けられる
がヒステリシス損は、回転数（正確にはコイル通電周波
数）に比例し、渦電流損は回転数（正確にはコイル通電
周波数）の自乗に比例することが一般的に知られてい
る。モータの回転数が増加、つまり高回転化すると渦電
流損が増加し、鉄損は損失に占める割合が増加してきて
いる。

【０００３】振動を減少させるためには円滑な回転が必
要となる。コギングを低下させ、トルクリップルをなく
すことが必要であり、通常、ロータマグネットのスキュ
ー着磁および、ステータコアのスキュー積層にて対応し
ているが、逆に、トルク定数の低下が発生する問題を含
んでいる。

【０００４】さらに、鉄損を減少させるためには、通
常、ステータコアの積層するための珪素鋼板を鉄損の小
さい材質に変更したり、焼鈍をしたりし、ステータコア
自体の鉄損減少させる方法と着磁極数を減少してコイル
通電周波数を小さくする方法にて対応している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロータマグネ
ットおよびステータコアのスキューを設けると、トルク
リップル、コギングの低減につながるが、モータ効率、
トルク定数は低下する。特に近年は機器の小型化により
トルク定数、モータ効率を低下させず、低振動、低騒音
の要求があり、モータとしてのトルクリップル、コギン
グの低下することが望まれていた。

【０００６】ロータマグネットのスキュー着磁によるコ
ギングを低減する方法として、特許番号２６３６１０８
号公報に開示されている。その実施例を図５に引用す
る。ロータマグネットの磁極数を２ｎ、ステータコアの
スロット数を３ｎにした場合、図において、（７６°／
ｎ）×０．８≦θ２≦（７６°／ｎ）×１．２としたこ
とを特徴としている。

【０００７】これは、ロータマグネットのスキュー着磁
のスキュー角をモータ効率を悪化させないで、コギング
低減、トルクリップルを低減させたスキュー角度に設定
したと述べている。

【０００８】しかしこれは、モータ寸法に余裕がある場
合に有効な技術であって、モータの小型化、薄型化にな
ったときには構成が困難である。特に、モータが薄くな
り、ステータコアの積層枚数が非常に少ない時、ロータ
マグネットの高さ寸法がとれない時、このスキュー着磁
は効果がなく、コギングの低減、トルクリップルの低減
は見込めず、逆にモータ特性、Ｋｔを悪化させる。

【０００９】次に、珪素鋼板の鉄損を小さくした材質に
変更したり、焼鈍をしたりして鉄損を減少させる方法は
一般的な方法として扱われるが、コストが増加する傾向
がある。また、焼鈍した材料は腐食等の問題があり、表
面処理も十分に行わないといけない。

【００１０】コアを積層せず一体成形し、鉄損を低減す
る方法が、特開平７−３１０８５号公報に開示されてい
る。その実用例を図６に引用する。

【００１１】図６において、（ａ）は従来のモータの断
面図、（ｂ）は従来のモータのステータコア平面図、
（ｃ）は従来のモータのステータコア側面図である。

【００１２】図６において、２５はステータコアであ
り、コイル２６が巻装されている。ステータコア２５に
対向してロータマグネット２８が張出部２７ｄの内周面
に固定される。ステータコア２５は、固定される孔部２
５ａとこの孔部２５ａの外周に設けられた環状の基部２
５ｂと、この基部２５ｂの外周から径方向に突出し、コ
イル２６が巻装されるティース２５ｃを有している。各
ティース２５ｃの先端に軸方向に突出する凸極２５ｄが
形成されている。基部２５ｂやティース２５ｃなどの構
成要素を一体としてプレスや切削加工により形成し、焼
鈍処理を施す。

【００１３】このように、ステータコアを積層せず、一
体成形し、焼鈍することによって損失を減少させること
ができるとしている。

【００１４】しかしこれは、プレス加工、切削加工と加
工工程が多く、品質上不安定であり、コストメリットが
ない。さらに、ステータコアの飽和磁束密度は改善され
るが鉄損を減少させる効果は小さい。モータ高さが高い
場合には構成できず、モータ特性、Ｋｔを悪化させる。

【００１５】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、どんなサイズのモータにおいても簡単に構
成でき、それによってトルクリップル、コギング、およ
び鉄損を小さくするとともにトルク定数の良いモータ特
性を得るブラシレスモータを実現することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のブラシレスモータは、複数個の磁極をもち、ロ
ータを回転させるロータマグネットとエアーギャップを
介し、ロータマグネットと対向した位置に配置され、複
数個の凸極をもち、巻線が巻装されているステータコア
を有し、ステータコアのティース巾を１．７〜２．２ｍ
ｍとした。または、ステータコアのティース巾に対する
ステータコアの外径の比を８〜１２としたブラシレスモ
ータを構成したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１８】（実施の形態１）本発明に係るモータの実
施形態を示す磁極数６極、スロット数９スロットの要部
拡大平面図を図１に示す。

【００１９】モータ基本構成は、従来の技術のものと同
じであり、説明は省略する。ロータマグネットとステー
タコアについて説明する。図１において、１はステータ
コア、２はロータマグネットである。ロータマグネット
２は、ネオジボンドマグネットからなり、周方向に６個
の磁極を有している。ステータコア１は外周部に９個の
凸極３を放射状に一体にし、エアーギャップを介して、
ロータマグネット２に対向している。この凸極３には、
ティース部４をもっており、ティース部４にコイル（図
示せず）を巻装する。ステータコア１の外径をＤ１、テ
ィース部４の巾をティース巾とし、ｔ１で示す。

【００２０】図２は本発明に係るモータの実施形態にお
いて、ロータマグネットの磁極数を６、ステータコアの
スロット数を９にし、３．５インチ磁気ディスク用ブラ
シレスモータインハブタイプ（ステータコア外径２０ｍ
ｍ以下）で、ティース巾ｔ１を変化させた時のＫｔ、ト
ルクリップル、コギング、鉄損（１００００ｒｐｍ時）
の特性曲線である。トルクリップルは図３に示すように
コイルの各相を合成し、（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｔｍ
ａｘ×１００で表す。図２の結果からＫｔ、トルクリッ
プル、コギングは、ティース巾を増すほど良い傾向にな
るが逆に鉄損は増加する傾向にある。鉄損が許される範
囲で特性を満足するティース巾ｔ１を１．７ｍｍ〜２．
２ｍｍまたは、ステータコア１の外径Ｄ１／ティース巾
ｔ１＝８〜１２とした。

【００２１】このように、ティース巾ｔ１を１．７ｍｍ
〜２．２ｍｍまたはステータコア１の外径Ｄ１／ティー
ス巾ｔ１＝８〜１２にすることにより、Ｋｔ、トルクリ
ップル、コギング、鉄損の最適設計が可能となる。

【００２２】ティース巾ｔ１を１．７ｍｍより小さくす
るか、または、ステータコア１の外径Ｄ１／ティース巾
ｔ１を１２より大きくするとステータコア１のティース
部４にて磁束が飽和し、コイルの誘起電圧が正弦波形か
ら歪む。Ｋｔ、トルクリップル、コギングは、コイル誘
起電圧が正弦波形の場合もっとも良くなり、コイル誘起
電圧がひずむことによって、Ｋｔの悪化、トルクリップ
ルの悪化、コギングの悪化をもたらす。

【００２３】逆に、ティース巾を２．２ｍｍより大きく
するか、または、ステータコア１の外径Ｄ１／ティース
巾ｔ１を８より小さくすると巻線スペースがなくなり、
要求されるＫｔを満足できない。また、積層されたステ
ータコアの各層の表面でティース部４の先端と凸極３で
渦電流損が増加し、鉄損が非常に大きくなる。

【００２４】ネオジボンドマグネットの最大エネルギー
積はＢＨｍａｘ８〜１１ＭＧＯｅであり、ネオジボンド
マグネット相当の最大エネルギー積の場合さらに有効で
ある。ロータマグネットの材質としては、希土類マグネ
ットからプラスチックマグネットまで巾広く使用されて
いるが最大エネルギー積は様々である。ネオジボンドマ
グネットを使用し、エアーギャップ０．２〜０．３５ｍ
ｍにした場合、ロータマグネットとステータコアのエア
ーギャップ磁束密度は４５００〜５０００ガウスにな
る。希土類マグネットやプラスチックもギャップ磁束密
度を４５００〜５０００ガウスになるようにロータマグ
ネットとステータコアのエアーギャップを設定すること
によって、同じ効果がある。さらに、ロータマグネット
の磁極数とステータコアのスロット数を変更した場合も
ギャップ磁束密度を４５００〜５０００にすることによ
って、同様な効果が得られる。

【００２５】また、回転数も７２００ｒｐｍ以上のモー
タであればさらに有効である。鉄損は、回転数（正確に
はコイル通電周波数）が増すことによって損失に占める
鉄損の割合が増加するためである。

【００２６】ステータコアの外径サイズにおいても、す
べてのサイズに対応できるが、特にネオジボンドマグネ
ットが構成可能なステータコア５０ｍｍ以下のモータ。
さらに、小型化、薄型化が要求され、高出力が要求され
る３．５インチ以下の磁気ディスク用ブラシレスモータ
において非常に大きい効果がある。

【００２７】特別な加工方法を必要とせず、プレス加工
にて簡単に精度良くできる。また、組立においても特別
な工法を必要とせず、装置として振動、騒音の低減、消
費電流の低減を得ることができる。

【００２８】（実施の形態２）また、磁極数を８個、ス
ロット数を９個にした場合も有効である。これについて
図４を参照しながら説明する。図において、１１はステ
ータコア、１２はロータマグネットである。ロータマグ
ネット１２は、ネオジボンドマグネットからなり、周方
向に８個の磁極を有している。ステータコア１１は外周
部に９個の凸極１３を放射状に一体にし、エアーギャッ
プを介して、ロータマグネット１２に対向している。こ
の凸極１３には、ティース部１４をもっており、ティー
ス部１４にコイル（図示せず）を巻装する。ステータコ
ア１１の外径をＤ２、ティース部１４の巾をティース巾
とし、ｔ２で示す。この構成においても上記、実施の形
態１と同様な効果があり、詳しい説明は省略する。

【００２９】以上本発明の実施例を説明してきたが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
主旨の範囲で様々な応用展開が可能である。たとえば、
ロータマグネットの磁極数を８、ステータコアのスロッ
ト数を６スロットにした場合、ティースの巾は√（９ス
ロット／６スロット）×（１．７〜２．２ｍｍ）＝２．
１〜２．７ｍｍまたは、ステータコアの外径／ティース
巾は（８〜１２）／√（９スロット／６スロット）＝
６．５〜９．８に設定することによって、ギャップ磁束
密度は４５００〜５０００ガウスになり同様な効果が得
られる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るブラシ
レスモータにおいては、ステータコアのティース巾を
１．７〜２．２ｍｍとした。または、ステータコアのテ
ィース巾に対するステータコアの外径の比を８〜１２の
構成としたから、特別な加工方法を必要とせず、プレス
加工により、精度良く簡単に構成でき、振動源であるコ
ギング、トルクリップルを低減し、低振動、低騒音を得
ることができる。騒音においては、スイッチングノイズ
の低減ができ、３ｄＢ以上の効果がある。

【００３１】また、鉄損を小さく安定させることがで
き、消費電流を低減することができる。

【００３２】特に、ネオジボンドマグネットを使用し、
回転数７２００ｒｐｍ以上において、著しい効果があ
る。

【００３３】さらに、３．５インチ磁気ディスク用ブラ
シレスモータでは、鉄損を小さくした珪素鋼板を使用す
ることによって１００００ｒｐｍにおいての鉄損は実際
のトルクの値で示した時に３ｇ．ｃｍ以下にできる。コ
ギングにおいてもステータコアのスロット巾の寸法を最
適化することによって、１ｇ．ｃｍ以下に実現可能であ
る。トルクリップルも着磁波形をコントロールすること
によって１０％以下に実現することができる。

【００３４】このようなステータコア形状にしたから、
低振動、低騒音、低消費電流、低コストの優れたブラシ
レスモータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータの実施形態を示す磁極数６
極、スロット数９スロットの要部拡大平面図

【図２】本発明に係るモータの実施形態において、ティ
ース巾ｔ１を変化させた時のＫｔ、トルクリップル、コ
ギング、鉄損の特性曲線図

【図３】本発明に係るモータのトルクリップル合成波形
図

【図４】本発明に係るモータの実施形態を示す磁極数８
極、スロット数９スロットの要部拡大平面図

【図５】従来のモータのスキュー着磁の説明図

【図６】 （ａ）他の従来のモータの断面図 （ｂ）同モータのステータコア平面図 （ｃ）同モータのステータコア側面図

【符号の説明】

１、１１、２５ ステータコア ２、１２、２８ ロータマグネット ３、１３、２５ｄ 凸極 ４、１４、２５ｃ ティース Ｄ１、Ｄ２ ステータコアの外径 ｔ１、ｔ２ ティース巾

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の磁極をもち、ロータを回転させ
   るロータマグネットとエアーギャップを介し、前記ロー
   タマグネットと対向した位置に配置され、複数個の凸極
   をもち、巻線が巻装されているステータコアとを有し、
   前記ステータコアのティース巾を１．７ｍｍ以上２．２
   ｍｍ以下としたブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 ロータマグネットの磁極数を８極、ステ
   ータコアのスロット数を９スロットで構成される請求項
   １記載のブラシレスモータ。
3. 【請求項３】 ロータマグネットの磁極数を６極、ステ
   ータコアのスロット数を９スロットで構成される請求項
   １記載のブラシレスモータ。
4. 【請求項４】 ロータマグネットは、ネオジボンドマグ
   ネットからなる請求項１記載のブラシレスモータ。
5. 【請求項５】 少なくとも、１枚以上の磁気ディスクが
   装着されるハブを有し、ロータマグネットの外径は、ハ
   ブの磁気ディスクが装着される径より小さくした請求項
   １記載のブラシレスモータ。
6. 【請求項６】 複数個の磁極をもち、ロータを回転させ
   るロータマグネットとエアーギャップを介し、前記ロー
   タマグネットと対向した位置に配置され、複数個の凸極
   をもち、巻線が巻装されているステータコアを有し、前
   記ステータコアのティース巾に対する前記ステータコア
   の外径の比を８以上１２以下としたブラシレスモータ。
7. 【請求項７】 ロータマグネットの磁極数を８極、ステ
   ータコアのスロット数を９スロットで構成される請求項
   ６記載のブラシレスモータ。
8. 【請求項８】 ロータマグネットの磁極数を６極、ステ
   ータコアのスロット数を９スロットで構成される請求項
   ６記載のブラシレスモータ。
9. 【請求項９】 ロータマグネットは、ネオジボンドマグ
   ネットからなる請求項６記載のブラシレスモータ。